величина

энергия

Мера способности совершать работу, выражаемая в электронвольтах для энергий частиц.
6 формул

Описание

Энергия — это скалярная величина, представляющая способность физической системы совершать работу или вызывать изменения. Она существует во многих формах — кинетической, потенциальной, тепловой, электромагнитной, химической, ядерной — и может превращаться из одной формы в другую, но никогда не создаётся и не уничтожается. В физике частиц энергии обычно выражаются в электронвольтах (эВ), где 1 эВ — это энергия, приобретаемая электроном при ускорении разностью потенциалов в один вольт.

История

Современное понятие энергии было оформлено в XIX веке, когда закон сохранения энергии был установлен Германом фон Гельмгольцем в 1847 году на основе более ранних работ Джоуля, Майера и других.

Как это работает

В изолированных системах энергия сохраняется, то есть полная энергия до и после любого процесса остаётся постоянной. В механике кинетическая энергия зависит от массы и квадрата скорости; потенциальная энергия зависит от положения в поле сил. В теории относительности масса и энергия эквивалентны согласно E=mc², поэтому даже неподвижное тело обладает энергией покоя. В квантовой механике энергия связанных систем, таких как электронные орбитали в атомах, принимает дискретные значения.

Где применяется

Энергия — центральная величина во всей физике и технике: от производства электроэнергии и движения до ускорителей частиц и ядерных реакторов, где выделение и передача энергии рассчитываются с высокой точностью.

Любопытный факт

Один грамм вещества, если полностью превратить его в энергию, выделил бы около 90 тераджоулей — примерно столько же, сколько энергия небольшой ядерной бомбы.

Граф понятий →

Формулы

$$E_n = \hbar\omega (n + \tfrac{1}{2})$$
Уровни энергии квантового гармонического осциллятора.
Что в формуле
E_nпеременнаяЭнергия n-го уровня — энергия Дж
nпеременнаяКвантовое число (неотрицательное целое) — квантовое число
\hbarконстантаПриведённая постоянная Планка — приведённая постоянная Планка = 1.054571817e-34 Дж·с
\omegaконстантаУгловая частота осциллятора — угловая частота рад/с
$$T \approx \exp\left(-2\int_{z_1}^{z_2} \sqrt{\frac{2m}{\hbar^2}(V(z)-E)}\, dz\right)$$
Приближённая вероятность квантового туннелирования через барьер.
Что в формуле
Tпеременнаявероятность туннелирования — transmission probability
z1переменнаялевая точка поворота барьера — положение м
z2переменнаяправая точка поворота барьера — положение м
mпеременнаямасса туннелирующей частицы — масса кг
Vпеременнаяпотенциальная энергия как функция координаты — потенциальная энергия Дж
Eпеременнаяэнергия частицы — энергия Дж
ħконстантафундаментальный квант действия, делённый на 2π — приведённая постоянная Планка = 1.054571817e-34 Дж·с
∫операторсуммирует подынтегральное выражение по интервалу — интеграл
√операторберёт неотрицательный корень — квадратный корень
expоператорвозводит e в заданную степень — exponential
$$E \propto t^2$$
Энергия растёт пропорционально квадрату времени.
Что в формуле
Eпеременнаяэнергия — энергия Дж
tпеременнаявремя — время с
$$E = h f$$
Энергия фотона равна постоянной Планка, умноженной на частоту.
Что в формуле
EпеременнаяЭнергия фотона — энергия Дж
fпеременнаяЧастота электромагнитной волны — частота Гц
hконстантаФундаментальная постоянная, связывающая энергию с частотой в квантовой механике — постоянная Планка = 6.62607015e-34 Дж·с
$$Q = \frac{E_{\text{fusion}}}{E_{\text{loss}}}$$
Отношение энергии, произведенной в результате термоядерных реакций, к энергии, вложенной в систему.
Что в формуле
E_fusionпеременнаяэнергия, выделяемая в результате термоядерных реакций — энергия Дж
E_lossпеременнаяэнергия, теряемая системой — энергия Дж
$$\langle h\nu \rangle = c \cdot k_B T$$
Средняя энергия фотонов в излучении абсолютно чёрного тела пропорциональна температуре.
Что в формуле
⟨hν⟩переменнаяСредняя энергия фотона — энергия Дж
TпеременнаяТемпература абсолютно чёрного тела — температура К
cконстантаЧисленный фактор, зависящий от пределов интегрирования по частотам и конкретного определения «среднего» (например, по полному спектру). — proportionality constant = 2.701
k_BконстантаФундаментальная константа, переводящая температуру в шкалу энергии — постоянная Больцмана = 1.380649e-23 Дж/К
⟨ ⟩операторСтатистическое усреднение по распределению фотонов — ансамблевое среднее

Статьи по теме · 0

Статей пока нет